(57)【要約】【課題】全周にわたって光強度の低下がなく、ライン光の拡散方向両端部の合わせ目付近での光束が鮮明で、コスト面でも有利な、実用に耐え得る全周照射型墨出し器を構成することが可能なライン光生成ユニットおよびこれを用いた全周照射型墨出し器を得る。【解決手段】ライン光生成ユニット１０は、光源と、光源からの発散光を平行光束にするコリメートレンズと、平行光束が中心軸線に対し直交する方向から入射されることにより中心軸線に対し直交する方向にのみ拡散して放射させるロッドレンズ１２と、を有し、ロッドレンズ１２は、素材の屈折率が１．７から２．１の範囲にあり、ロッドレンズ１２を透過した光束の放射角度が１５０°から２００°の範囲にある。ライン光生成ユニット１０を３個、隣り合うライン光生成ユニット１０から放射されるライン光の両端部が互いに重なり合うように等間隔に配置した全周照射型墨出し器。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、光源からの発散光を平行光束にするコリメートレンズと、コリメートレンズからの平行光束が中心軸線に対し直交する方向から入射されることにより中心軸線に対し直交する方向にのみ拡散して放射させるロッドレンズと、を有し、
上記ロッドレンズは、素材の屈折率が１．７から２．１の範囲にあり、ロッドレンズを透過した光束の放射角度が１５０°から２００°の範囲にあることを特徴とするライン光生成ユニット。
【請求項２】
光源は、半導体レーザである請求項１記載のライン光生成ユニット。
【請求項３】
請求項１または２記載のライン光生成ユニットが３個、各ライン光生成ユニットから放射されるライン光を含む平面が共通の一平面となるように、かつ、隣り合うライン光生成ユニットから放射されるライン光の両端部が互いに重なり合うように、一つの平面内において周方向に等間隔に配置され、全周にわたりライン光を照射可能に構成されていることを特徴とする全周照射型墨出し器。
【請求項４】
３個のライン光生成ユニットは、所定の姿勢を保持する姿勢保持手段を介して保持されている請求項３記載の全周照射型墨出し器。
【請求項５】
３個のライン光生成ユニットが配置された空間は、透明板とこの透明板を支持する支持部材からなる防塵手段によって閉鎖されている請求項３記載の全周照射型墨出し器。
【請求項６】
防塵手段は、３個の支持部材と、３個の支持部材間に嵌められた３枚の透明板を有してなる請求項５記載の全周照射型墨出し器。
【請求項７】
３個の支持部材は、周方向に隣り合うライン光生成ユニットから放射されるライン光の拡散方向両端が互いに交差する位置よりも前の位置に、かつ、ライン光の放射の妨げにならないように配置されている請求項６記載の全周照射型墨出し器。
【請求項８】
３個のライン光生成ユニットを有してなる全周照射型墨出し器が、互いに直交する３方向において全周にわたりライン光を照射可能に構成されていることを特徴とする請求項３から７のいずれかに記載の全周照射型墨出し器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として墨出し器に用いるライン光生成ユニットおよびこのライン光生成ユニットを用いた全周照射型墨出し器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築現場などにおいて、床上に設置して、床面、天井面、壁面にレーザ光束（ビーム）などによるライン光を照射して墨出しラインを形成し、正確な墨出しを行うことができるようにした墨出し器が使用されている。
墨出し器は、１本のライン光ができるだけ広い範囲に照射されることが望まれていて、可能であれば切れ目なく全周にわたってライン光が照射されることが望ましい。そこで、全周照射型墨出し器の実用化が各種の方式で試みられている。以下に全周照射型墨出し器の従来の方式について説明する。
【０００３】
コーンミラーあるいはコーンプリズム方式
コーン形に形成したミラーあるいはプリズムの先端にレーザビームなどからなるポイントビームを照射し、このポイントビームを上記ミラーあるいはプリズムのコーン形反射面で３６０°方向に反射させ、全周にわたるライン光を照射する方式である（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００４】
複数のライン光生成ユニットを用いる方式
レーザビームなどからなるポイントビームを円柱形のロッドレンズにその中心軸線に直交する方向から照射することによって上記中心軸線に直交する方向にのみ拡散させるようにしたライン光生成ユニットを複数用い、各ライン光生成ユニットを、それらの拡散ビームによって形成される平面が同一面になるように、かつ、各拡散ビームの両端部が重なり合うように配置してなるものである。従来のライン光生成ユニットに用いられているロッドレンズの屈折率は１．５前後で、放射角度は約１３０°である。そこで、このライン光生成ユニットを４個、周方向に等間隔に、したがって９０°間隔で配置し、各拡散ビームの拡散方向両端部を重ねて、全周にわたるライン光が照射されるようにしたものがある（例えば、特許文献３参照）。また、ライン光生成ユニットの放射角度が約１３０°あれば、ライン光生成ユニットを３個用いても全周にわたってライン光を照射できることから、ライン光生成ユニットを３個用いた全周照射型墨出し器も提案されている。
【０００５】
特許文献３記載の発明のように、４個のライン光生成ユニットを用いれば、光強度が弱くなる拡散方向両端部よりも明るい部分で隣の拡散ビーム同士で重なり合って補強しあうので、１本のライン光全体として比較的明るい。これに対して３個のライン光生成ユニットを用いたものによれば、ライン光の拡散方向両端部での重なり合いとなるため、ビームの合わせ目付近が暗くなる難点がある。そのため、ライン光の合わせ目付近のビームを意図的に遮蔽して、合わせ目付近の暗さが目立たないようにしたものもある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１９５８３１号公報
【特許文献２】特開２００４−１８９４６号公報
【特許文献３】特開２００４−２８７７９号公報
【０００７】
特許文献１、特許文献２記載の発明のように、コーンミラーあるいはコーンプリズムを用いる方式によれば、１個の光源からの光ビームを全周に拡散させているため、床、天井、壁面などに照射されたライン光の光量が不足し、特に明るい環境の下ではライン光を視認しにくいという難点がある。
また、特許文献３記載の発明のように、４個のライン光生成ユニットを用いて全周照射するものによれば、照射されたライン光の明るさは十分に明るく問題はないが、ライン光生成ユニットを４個用いなければならないこと、ライン光生成ユニットを覆うためのカバーガラスを４個用いなければならないこと、各ライン光生成ユニットによって照射されるライン光の拡散方向両端部を４箇所で精度よく重ね合わせなければならず、部品コスト、組み立て調整コストが高くなる難点がある。その点、３個のライン光生成ユニットを用いた従来の全周照射型墨出し器によれば、４個のライン光生成ユニットを用いたものに見られるような問題点はない代わりに、前述のような、ライン光の拡散方向両端部の合わせ目付近が暗くなる難点があり、この難点を目立たないようにするために、ライン光の合わせ目付近のビームを意図的に遮蔽している。
【０００８】
以上説明したいずれの方式にせよ、墨出し器内部の光学系を外部の塵埃から保護するために、墨出し器からライン光が出射する部分をカバーガラスで覆い、内部空間を密閉することが必須の要件となっている。コーンミラーあるいはコーンプリズムを用いる方式によれば、コーンミラーあるいはコーンプリズムを含むライン発生ユニットを墨出し器本体から突出させて設置するため、このライン発生ユニットを円筒形状のカバーガラスで囲めばよく、カバーガラスを支持するための部材も不要であるから、カバーガラスを設置するための技術的な問題は少ない。しかし、３個あるいは４個のライン光生成ユニットを用いて全周照射するものにおいて、ジンバル機構と振り子を用いた姿勢保持手段を有する形式の墨出し器では、カバーガラスを支持するための部材が必要であり、この支持部材が、せっかくの全周ラインの一部を蹴る（遮蔽する）ことになり、真の全周ラインではなくなる恨みがある。そこで、支持部材で蹴られた部分を補うために、本来なら必要の無い回転機能を付加し、所定の回転角度だけカバーガラスとともに支持部材を回転させるようにしたものもある。しかし、このような回転機構を付加することで構成を複雑にしており、コスト高になる難点がある。なお、コーンミラーあるいはコーンプリズムを用いる方式の墨出し器においても、ジンバル機構と振り子を用いた姿勢保持手段を有する場合は、ライン光の出射部分をカバーガラスのみで覆うことは難しく、カバーガラスの支持部材が必要で、上記のような問題がある。また、後で説明する電子制御タイプの姿勢制御手段を用いたものにおいては、比較的簡単なカバーガラスでよく、その支持部材を省略することは可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
これまで説明してきたように、全周照射型墨出し器を構成しようとすると、コーンミラーあるいはコーンプリズム方式よりも、複数のライン光生成ユニットを用いる方式のほうが、実用性が高いといえる。しかしながら、ライン光生成ユニットを４個用いると、コストの面から不利であり、ライン光生成ユニットが３個では、真の意味での全周照射型にしようとすると、ライン光の拡散方向両端部の合わせ目付近が暗くなって実用にならない。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、ライン光生成ユニットに使用されているロッドレンズに着目し、ロッドレンズの屈折率を高くすることによって、ロッドレンズを透過した光束の放射角度を大きくし、このライン光生成ユニットを３個だけ用いたとしても、全周にわたって光強度の低下がなく、ライン光の拡散方向両端部の合わせ目付近での光束が鮮明で、コスト面でも有利な、実用に耐え得る全周照射型墨出し器を構成することが可能なライン光生成ユニットを提供することを目的とする。
本発明はまた、上記のようなライン光生成ユニットを用いて、低コストで、実用性の高い全周照射型墨出し器を提供することを目的とする。
本発明はまた、上記のようなライン光生成ユニットを用いて、墨出し器の内部空間を遮蔽する透明板の支持部材の配置が、全周照射に影響が無く、明るく鮮明な全周ラインを照射することができる全周照射型墨出し器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明にかかるライン光生成ユニットは、光源と、光源からの発散光を平行光束にするコリメートレンズと、コリメートレンズからの平行光束が中心軸線に対し直交する方向から入射されることにより中心軸線に対し直交する方向にのみ拡散して放射させるロッドレンズと、を有し、上記ロッドレンズは、素材の屈折率が１．７から２．１の範囲にあり、ロッドレンズを透過した光束の放射角度が１５０°から２００°の範囲にあることを最も主要な特徴とする。
【００１２】
本発明にかかる全周照射型墨出し器は、上記のライン光生成ユニットが３個、各ライン光生成ユニットから放射されるライン光を含む平面が共通の一平面となるように、かつ、隣り合うライン光生成ユニットから放射されるライン光の両端部が互いに重なり合うように、一つの平面内において周方向に等間隔に配置され、全周にわたりライン光を照射可能に構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
ライン光生成ユニットのロッドレンズの屈折率を１．７から２．１とすることにより、ロッドレンズを透過した光束の放射角度が１５０°以上２００°程度まで広がる。そのため、このライン光生成ユニットを３個、等間隔に配置すると、隣り合うライン光の重なる範囲が広くなる。このように、本発明にかかるライン光生成ユニットでは、光束の放射角度が拡大されるため、光量低下のない実用可能な範囲が拡大され、３個のライン光生成ユニットであっても実用に耐え、低コストで全周照射型墨出し器を構成することができる。ライン光の拡散方向両端付近は光量が低下するため、両端付近は使用しないことが望ましいが、本発明にかかるライン光生成ユニットを３個用いれば、ライン光の両端部の重なり範囲が拡大されて光量低下を補い合い、ライン光が重なっていない部分と重なっている部分の明るさの差をほとんど目立たないようにすることができ、この点からも実用性の高い全周照射型墨出し器を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明にかかるライン光生成ユニットおよび全周照射型墨出し器の実施例を、図面を参照しながら説明する。
まず、図１に示すライン光生成ユニットの実施例を説明する。図１において、符号１０はライン光生成ユニットを示す。ライン光生成ユニット１０は、筒状の保持体と、この保持体の一端部に配置された光源、例えば半導体レーザ（ＬＤ）と、上記保持体に保持され光源からの発散光を平行光束にするコリメートレンズと、上記保持体の他端に配置され、上記コリメートレンズから出た平行光束が照射されるロッドレンズ１２とを有してなる。ロッドレンズ１２は円柱形のレンズで、ロッドレンズ１２の中心軸線に対して直交する方向から上記平行光束が照射され、この平行光束はロッドレンズ１２を屈折しながら透過することにより、ロッドレンズ１２の中心軸線に対して直交する方向にのみ拡散されて放射されるように構成されている。
【００１５】
以上説明したライン光生成ユニット１０の各光学素子の配置関係は従来のライン光生成ユニットと変わりがない。従来のライン光生成ユニットと異なる点は、ロッドレンズ１２の素材の屈折率とロッドレンズ１２を透過した光束の放射角度が従来のものと異なることである。従来は、ロッドレンズの素材の屈折率は１．５前後であったのに対し、上記実施例におけるロッドレンズの素材の屈折率は１．７から２．１の範囲となっている。従来のライン光生成ユニットにおいては、ロッドレンズの素材の屈折率が１．５前後であることによって、ロッドレンズを透過した光束の放射角度は１３０°前後であったのに対し、上記実施例にかかるライン光生成ユニット１０においては、ロッドレンズ１２の素材の屈折率が１．７から２．１の範囲であることによって、ロッドレンズ１２を透過した光束の放射角度が１５０°以上２００°程度まで拡大されている。
【００１６】
通常使用される光ビームの波長はｄ線で、その波長λ＝５８７．６ｎｍ、この波長での屈折率はｎｄで表し、「ｎｄ＝１．７」のように表示する。
屈折率ｎｄが１．７から２．１の範囲のロッドレンズ素材すなわち硝材として、ＯＨＡＲＡ社製のものがある。例えば、
Ｓ−ＬＡＭ６６（ｎｄ＝１．８００９９９）
Ｓ−ＬＡＭ７９（ｎｄ＝２．００３３００）
などである。この素材は、一般的なロッドレンズ素材よりも屈折率が高いにもかかわらず、脆さがなく加工しやすいという特徴がある。屈折率が２．１よりも大きい硝材もあるが、加工しやすさなどの点から上記の範囲のものが推奨される。
【００１７】
上記の素材からなるロッドレンズ１２を使用したライン光生成ユニット１０は、これを用いて全周照射型墨出し器を構成したときによりいっそうの効果を発揮する。図２は、上記ライン光生成ユニット１０を３個用いた全周照射型墨出し器の例を概念的に示す。図２において、上記のように構成されたライン光生成ユニット１０が３個、各ライン光生成ユニット１０から放射されるライン光を含む平面が共通の一平面となるように、一つの平面内において周方向に等間隔に、すなわち１２０°間隔で配置されている。一つ一つのライン光生成ユニット１０から放射される光束の放射角度は上記のように１７０°程度まで拡大されているため、隣り合うライン光生成ユニット１０から放射されるライン光の拡散方向両端部が互いに重なり合い、全周にわたってライン光を照射することができるように構成されている。図２において、符号１４は上記１７０°の放射角度のうち隣り合うライン光と重ならない範囲を示しており、符号１６は隣り合うライン光と重なり合う範囲を示している。
【００１８】
図２に示すように、３個のライン光生成ユニット１０は、それぞれの側面が、平面形状が正三角形の固定ブロック３６の、三つの側面にそれぞれ固定されることにより、渦を巻くような形に配置されている。各ライン光生成ユニット１０から放射されるライン光は上記のように隣り合うライン光同士が拡散方向両端部で重なり合うが、ライン光の拡散方向両端が互いに交差する位置は、固定ブロック３６の中心すなわち３個のライン光生成ユニット１０の配置中心からある程度離れた位置である。
【００１９】
図５に示す例では、各ライン光生成ユニット１０による光束の放射角度が１５０°であり、固定ブロック３６の中心すなわち３個のライン光生成ユニット１０の配置中心から約１４０ｍｍ離れた位置で、ライン光の拡散方向両端が互いに交差するようになっている。墨出し器の設置位置から建築物の床、天井、壁面までの距離は、上記１４０ｍｍに比べると十分に長い距離であるから、建築物の床、天井、壁面に照射されるライン光の拡散方向両端部は確実に重なり合う。したがって、光量が低下しがちな拡散方向両端部の光量が補われる。また、全周にわたりライン光を照射することができるとともに、上記のように拡散方向両端部の光量が補われることによって光量差の少ないライン光を照射することができる。
【００２０】
図５に示す例のように、３個のライン光生成ユニット１０の配置中心から約１４０ｍｍ離れた位置で、ライン光の拡散方向両端が互いに交差するということは、上記中心から１４０ｍｍ以内、換言すれば、ライン光の拡散方向両端が交差する位置よりも手前の位置（上記中心に近い位置）には、いずれのライン光も通過しない鋭角的な頂部を持つ三角形状の空間が形成されることになる。そこで、防塵手段の一部を構成する３個の支持部材１８が、３個のライン光生成ユニット１０よりも外側であって、上記三角形状の空間に、すなわち、各支持部材１８がライン光の放射の妨げにならない位置に配置されている。より具体的には、各支持部材１８の部分円筒面をなす外側の面は、上記３個のライン光生成ユニット１０の配置中心から８４ｍｍの位置にある。上記防塵手段は、図３ないし図７に示すように、３個の支持部材１８と、３個の支持部材１８間に嵌められた３枚の透明板２０と、３個の支持部材１８の先端を一体につなぐ円形の天井板３４を有してなる。ライン光の拡散方向における透明板２０の長さは４５ｍｍで、この長さの範囲で、拡散されたライン光が遮蔽されることなく透過するようになっている。これら支持部材１８、透明板２０、天井板３４によって閉鎖された空間が形成され、この閉鎖空間内に３個のライン光生成ユニット１０が配置され、３個のライン光生成ユニット１０およびその他墨出し器の内部構造に、外部からの塵埃が進入して付着することを防止している。
【００２１】
前記固定ブロック３６の介在のもとに実質一体に結合された３個のライン光生成ユニット１０は、図示されない姿勢保持手段を介して保持され、墨出し器の設置面が傾いていたとしても、ライン光生成ユニット１０は所定の姿勢を保持することができるようになっている。上記姿勢保持手段は、図示の例では、ジンバル機構とこのジンバル機構により所定の姿勢を保持するように吊り下げられた振り子とを有してなり、この振り子に上記３個のライン光生成ユニット１０が取り付けられている。上記ジンバル機構、振り子などは、従来のレーザ墨出し器に用いられているものと同様の構成でよく、例えば、図４に示すケース３０内において、ベースから立ち上がった支柱によって上記ジンバル機構が保持され、ジンバル機構によって振り子があらゆる方向に揺動可能に、かつ、ケース３０が傾いて設置されても振り子が所定の吊り下げ姿勢を保つことができるように構成されている。このように振り子が所定の吊り下げ姿勢を保った状態において、３個のライン光生成ユニット１０から放射されるレーザ光束が鉛直ラインあるいは水平ラインを描くように、上記振り子に３個のライン光生成ユニット１０が取り付けられている。図４に示す例では、３個のライン光生成ユニット１０から放射されたレーザ光束が水平方向のラインを描くようになっている。この３個のラインは前述のように共通の平面を描くように、かつ、全周にわたって描くようになっていて、全周照射型墨出し器を構成しており、３個のライン光生成ユニット１０は全周投射ユニット５０を構成している。各ライン光生成ユニット１０からの放射光は、ケース３０の上端近くにそれぞれのライン光生成ユニット１０に対応して形成された横長のスリット状の窓孔３２から出射するようになっている。窓孔３２相互間は前述の支持部材１８によって区切られている。
【００２２】
上記姿勢保持手段として、上記のようなジンバル機構と振り子を有してなるものに代えて、姿勢検出センサと、アクチュエータと、架台とを有してなり、姿勢検出センサの検出信号に応じてアクチュエータの動作を制御し、アクチュエータによって駆動される架台の姿勢が常時所定の姿勢になるようにした、いわゆる電子制御タイプの姿勢制御手段を用いてもよい。この例では、上位架台に上記３個のライン光生成ユニット１０が取り付けられる。
【００２３】
上記全周投射ユニット５０は、これを鉛直方向のライン光を照射するように配置することもできる。全周投射ユニット５０を構成する３個のライン光生成ユニット１０を、前記振り子の、垂直方向の共通の平面に配置するとともに、各ライン光生成ユニット１０のロッドレンズ１２が水平方向を向くように配置する。この場合の防塵手段も、前述のとおりに構成する。すなわち、各ライン光生成ユニット１０からのライン光の放射の妨げにならない位置に支持部材１８を配置し、支持部材１８相互間に透明板２０を嵌め、透明板２０の先端を天井板３４でつなぎ、閉鎖空間を形成する。この閉鎖空間内に上記全周投射ユニット５０が位置することによって防塵が図られ、防塵手段が各ライン光生成ユニット１０による全周照射の妨げにならないように構成されている。
【００２４】
上記全周投射ユニット５０を３ユニット用い、これらのユニットを、互いに直交する３面に配置することにより、互いに直交する三つのライン光を照射することができる。この実施例を図８に概念的に示す。図８において、符号５１，５２，５３はそれぞれ全周投射ユニットを示す。各全周投射ユニット５１，５２，５３は、上記のように、３個のライン光生成ユニット１０を有していて一平面内において全周にわたりライン光を照射可能なユニットである。一つの全周投射ユニット５１は鉛直方向の全周にわたるライン光６１を照射する。別の全周投射ユニット５２は上記ライン光６１に直交する別の鉛直方向の全周にわたるライン光６２を照射する。もう一つの全周投射ユニット６３は上記ライン光６１および６２にともに直交する方向である水平方向の全周にわたるライン光６３を照射する。こうして、フルライン、すなわち、縦、大矩、横の全周照射が可能となる。上記すべての全周投射ユニット５１，５２，５３は、これを一つの振り子に取り付けてもよいし、二つまたは三つの振り子に分けて取り付けてもよい。
【００２５】
なお、先に説明した本発明にかかるライン光生成ユニットは、これを従来のレーザ墨出し器などに適用しても有効である。なぜなら、従来のレーザ墨出し器よりも光束の放射角度を広角にすることができることはもとより、光束の放射角度を従来と同じ角度にする場合でも、ライン光の明るさ、先鋭さが低下する拡散方向両端部を、従来よりも多くカットすることができ、ライン光の明るさが均一でシャープな部分を使用することができるからである。
【００２６】
本発明にかかる全周照射型墨出し器によれば、防塵手段を構成する支持部材をライン光の放射の妨げにならない位置に配置することができ、上記支持部材間にライン光を透過させる透明な部材として平板状の透明版を配置することが可能になる。したがって、湾曲した形の、あるいは円筒状の透明板を使用する必要は無く、また、従来市販されているある種の墨出し器のように、支持部材で蹴られたライン光を補うために透明部材とともに支持部材を所定の範囲で回転させる回転機構を設ける必要が無いから、コストの低減および小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明にかかるライン光生成ユニットの実施例を示す平面図である。
【図２】上記ライン光生成ユニットを使用した本発明にかかる全周照射型墨出し器の実施例の概要を示す平面図である。
【図３】同じく全周照射型墨出し器の実施例の概要を示すものであって構成を付加して示す平面図である。
【図４】上記全周照射型墨出し器の実施例の概観を示す斜視図である。
【図５】上記全周照射型墨出し器の実施例の具体的寸法関係を示す平面図である。
【図６】上記全周照射型墨出し器の実施例の要部を上側から見た斜視図である。
【図７】上記全周照射型墨出し器の実施例の要部を下側から見た斜視図である。
【図８】互いに直交する三つのライン光を照射することができる本発明にかかる全周照射型墨出し器の別の実施例を概略的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０    ライン光生成ユニット
１２    ロッドレンズ
１８    支持部材
２０    透明板
５０    全周投射ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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